Des chercheurs de l’université de Tsukuba ont mis au point une formule mathématique qui tient compte de la compressibilité des microbulles encapsulées dans la propagation des ondes ultrasonores, ce qui pourrait améliorer la résolution de l’imagerie ultrasonore et permettre une administration plus précise des médicaments.
Une équipe de scientifiques de l’université de Tsukuba a créé un modèle mathématique qui décrit la relation entre les ondes sonores et les microbulles encapsulées multiples, qui sont couramment utilisées comme agents de contraste pour les ultrasons. Cette avancée pourrait contribuer aux progrès dans les domaines de l’imagerie médicale et de l’administration de médicaments.
Des chercheurs de l’université de Tsukuba ont élaboré une nouvelle formule théorique qui prédit le comportement des ondes ultrasonores lorsqu’elles traversent des liquides contenant des bulles encapsulées. L’équipe a découvert que la prise en compte de la compressibilité de l’enveloppe de la bulle était cruciale pour prévoir avec précision le mouvement et l’interaction de ces ondes sonores. Cette recherche pourrait ouvrir la voie à des progrès dans la résolution de l’imagerie ultrasonore, grâce à la création d’agents de contraste plus efficaces.
Les ultrasons sont devenus un outil essentiel dans les soins de santé modernes, car ils permettent aux médecins d’obtenir des images diagnostiques détaillées de manière sûre et non invasive. Cette technologie consiste à envoyer des ondes sonores à haute fréquence à partir d’un transducteur et à écouter les échos créés à l’interface entre des tissus de différentes densités. En fonction du temps de retour des échos, l’ordinateur peut reconstruire l’image. Cependant, l’un des principaux inconvénients de l’échographie est sa faible résolution, ce qui signifie que des agents de contraste, comme les microbulles, sont utilisés pour les échocardiogrammes ou les scanners du foie. Une meilleure compréhension théorique de la physique de l’interaction entre les microbulles encapsulées, qui possèdent une coquille épaisse, et les ondes sonores est encore nécessaire pour créer de meilleurs agents de contraste.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Tsukuba ont dérivé de nouvelles équations non linéaires qui prennent en compte la compressibilité de la couche d’enveloppe afin d’étendre leur applicabilité à des bulles multiples. Les chercheurs ont choisi cette voie parce que les travaux précédents ne modélisaient pas de propriétés réalistes pour la surface de la bulle. « Nous avons modélisé la coquille comme un objet viscoélastique, ce qui s’est avéré être un facteur important dans l’analyse », explique le professeur Tetsuya Kanagawa, auteur de l’étude.
La compressibilité mesure la variation relative du volume d’un fluide ou d’un solide en réponse à une augmentation ou à une diminution de la pression. D’autres projets de recherche ont eu tendance à se concentrer sur les déformations de l’intérieur de la bulle en négligeant la bulle elle-même. Les chercheurs ont constaté que l’inclusion de la coquille dans les calculs avait pour effet d’augmenter le coefficient d’atténuation (dissipation).
« Nos travaux ouvrent la voie à de futures améliorations de la théorie de l’atténuation du son dans les liquides », explique le professeur Kanagawa. Les microbulles étudiées dans le cadre de ce projet pourraient également être utilisées à des fins thérapeutiques, telles que l’administration ciblée de médicaments. Dans ce cas, les ondes sonores pourraient provoquer l’éclatement des bulles à des moments ou à des endroits précis du corps, libérant ainsi le médicament.
Référence : « Nonlinear acoustic theory on flowing liquid containing multiple microbubbles coated by a compressible visco-elastic shell : Low and high frequency cases » par Tetsuya Kanagawa, Mitsuhiro Honda et Yusei Kikuchi, 6 février 2023, Physics of Fluids.
DOI : 10.1063/5.0101219